Dynamische Rauschzahlmessungen

Ihre Anforderung

Rauschmaßmessungen werden häufig verwendet, um die Performance von Verstärkern, Frequenzwandlern und anderen Geräten im Signalweg zu charakterisieren. Das gemessene oder spezifizierte Rauschmaß eines Geräts ist ein Schlüsselparameter, der von Systementwicklern zur Berechnung der Leistungsübertragungsbilanz für Uplink- und Downlink-Übertragungssysteme verwendet wird.

Das traditionelle Verfahren zur Bestimmung des Rauschmaßes nutzt die gängige Y-Faktor-Methode (zu Einzelheiten siehe Application Note Y-Factor Technique for Noise Figure Measurements unter rohde-schwarz.com/appnote/1MA178). Bei der Messung werden ein Spektrumanalysator und eine Rauschquelle genutzt, um das additive Rauschen zu bestimmen, das von einem Gerät während der Stimulation mit einer breitbandigen, kalibrierten Rauschquelle ausgeht. Die während einer solchen Messung erzeugten Leistungspegel werden als Kleinsignal-Leistungspegel bezeichnet. Diese Rauschwerte stehen nicht in direktem Zusammenhang mit den Betriebsbedingungen. Solche Rahmenbedingungen für das Gerät hängen unmittelbar mit der Eingangsleistung zusammen.

Verstärker in Sendern werden normalerweise nicht in ihrem Kleinsignalzustand verwendet. Das Kleinsignal-Rauschmaß ist für Empfänger weit wichtiger. Die typischen Betriebsbedingungen eines Verstärkers in einem Sender einer Mobilfunk-Basisstation oder eines Radars werden häufig in einem speziellen Betriebsbereich gehalten, um die Linearität und den Wirkungsgrad zu maximieren. Dieser Bereich liegt oft nahe dem 1-dB-Kompressionspunkt eines Geräts.

Die Y-Faktor-Methode kann zu Rauschmaßergebnissen führen, die nicht repräsentativ für das Gerät unter realistischen Betriebsbedingungen sind.

Lösung von Rohde & Schwarz

Das Phasenrauschen eines Geräts ist eng mit der Rauschzahl verknüpft. Die Rauschanteile eines Verstärkers lassen sich im Wesentlichen dem 1/f-Funkelrauschen sowie dem Breitbandrauschen oberhalb der Funkelgrenze zuordnen. Da das Rauschmaß das Breitbandrauschen eines Geräts widerspiegelt, kann zur Berechnung eine Breitband-Phasenrauschmessung verwendet werden. Mit dem R&S®FSWP Phasenrauschmessplatz ist es möglich, die Ansteuerpegel des Messobjekts zu variieren, um das additive bzw. das Eigenphasenrauschen und die Rauschleistung eines Geräts unter verschiedenen Betriebsbedingungen besser zu verstehen.

Das Rauschmaß (NF) lässt sich aus dem Phasenrauschergebnis mit folgender Formel berechnen:

NF = L(f) – N_th + P_in

Dabei gilt Folgendes:

L(f) = Phasenrauschen gemessen bei spezifischem Offset in dBm (1Hz)

N_th: thermisches Phasenrauschen (–177 dBm (1 Hz))

P_in: kalibrierter Signalpegel, der am Messobjekt angelegt wird

Beispiel

Das Kleinsignal-Rauschmaß eines Verstärkers wurde mit der Y-Faktor-Methode mit 1,9 dB bei 1900 MHz gemessen. Nun kann das Phasenrauschverfahren angewandt werden, um das Rauschmaß des Verstärkers über verschiedene Eingangspegel zu berechnen.

Fazit

Wenn das Messobjekt nahe oder jenseits dessen 1-dB-Kompressionspunkt (0 dBm Ansteuerpegel) angesteuert wird, sind das Phasenrauschen und das Rauschmaß, das aus dem gleichen Ergebnis berechnet wird, deutlich schlechter. Das Großsignal-Rauschmaß aus Phasenrauschmessungen ist unter wirklichkeitsgetreuen Betriebsbedingungen eine zuverlässigere Methode für die Berechnung der Leistungsübertragungsbilanz eines Übertragungssystems. Der R&S®FSWP Phasenrausch- und VCO-Messplatz ermöglicht genaue und zuverlässige Breitband-Phasenrauschmessungen zur Berechnung des Rauschmaßes eines Geräts unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen.